Tio gymnasielärare tillbringade en vecka på MIT i juli med att designa och tillverka Frankensteel, ett självläkande material inspirerat av skurken i Terminator 2-filmen. Nästa steg:de siktar på att återskapa beräkningarna och experimenten för sina elever hemma.

"Detta var en fenomenal upplevelse för mig, och inspirerande när det gäller "väldigt coola möjliga karriärer/studieområden" för studenter", skrev en lärare som svar på en anonym undersökning i slutet av veckan.

Introduktion av materialteknik

För ungefär tjugo år sedan började världens största materialsamhälle, ASM International, hålla årliga materialläger för att introducera gymnasieelever – och några år senare även deras lärare – till materialvetenskapens och ingenjörsvärlden. De gjorde det delvis för att "gymnasieelever verkade ha en grundläggande förståelse för alla teknikområden utom material", säger Gregory B. Olson, som har varit involverad i lägren i många år.

Olson, som nyligen anslöt sig till MIT:s institution för materialvetenskap och teknik (DMSE) som Thermo-Calc professor i praktiken, ledde det senaste Materials Genome Camp vid MIT. Det är första gången ett sådant läger hålls på institutet.

Under lägret introducerades lärare för Materials Genome Initiative (MGI), som president Obama tillkännagav 2011. Som Olson förklarar är det ett försök att skapa en "grundläggande databas över parametrarna som styr sammansättningen av materialstrukturerna, " ungefär som Human Genome Project "är en fysisk databas som styr sammansättningen av livets strukturer."

Målet är att använda databasen för att designa, tillverka och distribuera avancerade material dubbelt så snabbt och till en bråkdel av kostnaden jämfört med traditionella metoder, enligt MGI:s webbplats. MGI "erkände att den typ av beräkningsmaterialdesign vi har praktiserat är verklig och redo, och det är vad alla borde göra", säger Olson, som var en av grundarna av det första centret som bildades för att få igång arbetet, vilket är finansierat av National Institute of Standards and Technology som det multiinstitutionella "CHiMaD"-centret för hierarkisk materialdesign.

Tillverkar Frankensteel

Lärarna vid MIT arbetade med Thermo-Calc, beräkningsprogramvara som användes för att förutsäga materialstrukturer (var och en gick hem med en gratis kopia). De använde den för att designa fyra olika versioner av Frankensteel, materialet inspirerat av skurken i Terminator 2 vars metallkropp kan ta en träff och sedan reparera sig själv. "Vi ville fokusera på något som verkligen skulle entusiasmera studenter", säger Olson, vars fortsatta CHiMaD-forskning stöds av MIT Materials Research Laboratory.

Frankensteel är sammansatt av en metallegering som stöds av ett nätverk av trådar gjorda av en formminneslegering (material som genomgår en reversibel förändring i struktur när de utsätts för värme). Om kompositmaterialet spricker kan det "läka" sig själv när det värms upp till en viss temperatur. "Den löder i huvudsak sig själv vid den temperaturen", säger Olson.

För lägret designade lärarna först fyra versioner av en tennlegering snarare än den järnlegering som används i kommersiella Frankensteels. "Det är en förenklad version som kan göras i ett kemilabb på gymnasiet", säger Olson. De beräknade också hur många trådar som behövs i varje komposit.

Sedan tillverkade och testade de materialen.

Hela processen kan göras i ett kemilabb på gymnasiet, säger Olson, med undantag för den slutliga testningen. "Testningen är den största utmaningen i att flytta [demonstrationen] till skolorna" på grund av den inblandade utrustningen. Olson noterar dock att skolor ibland kan samarbeta med lokala universitet för att använda deras utrustning. "Vi fortsätter att utforska andra sätt som lärarna kan genomföra testerna på," säger Olson. "En av fakulteterna som har varit involverad i dessa lägren under en lång tid har till och med kommit på en träbaserad dragprovare som du kan bygga själv och använda genom att vrida en vev."

Materials Camp inkluderade också flera gästföreläsningar, inklusive en av professor Christopher Schuh, Danae och Vasilis Salapatas professor i metallurgi och en tidigare chef för DMSE. Flera andra MIT-personer var också involverade i Materials Camp. Technical Instructors Shaymus Hudson and Mike Tarkanian shared their laboratories and instructed the teachers in casting and testing their samples. DMSE graduates students Krista Biggs, Clay Houser, and Julian Rackwitz, and Research Associate Dr. Margianna Tzini, helped coordinate the overall week.

Concludes Biggs:"We had an enthusiastic, curious group of teachers working on an interesting project, and it was a very fulfilling week." + Utforska vidare

Research team develops new strategy for designing thermoelectric materials